Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Новополоцкий государственный политехнический
техникум»
Утверждаю
Директор УО «НГПТ»
______________ Сапего Н.В.
«____» _____________2007 г.
«ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА С ОСНОВАМИ ЭЛЕКТРОНИКИ»
методические рекомендации и выполнение контрольных заданий
для учащихся заочной формы обучения
специальность: «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов»
Новополоцк
2007
Автор: И.В.Евсюкова
– преподаватель спецдисциплин учреждения образования «Новополоцкий государственный политехнический техникум»
Обсуждено и одобрено на заседании цикловой комиссии электротехнических предметов
Протокол № 1 от 31.08.2007
Председатель комиссии И.В.Евсюкова
СОДЕРЖАНИЕ
1. Пояснительная записка..............................................................................
|
2
|
2. Перечень рекомендуемой литературы.....................................................
|
3
|
3. Тематический план.....................................................................................
|
4
|
4. Общие методические указания к выполнению контрольных работ......
|
5
|
5. Методические указания к выполнению контрольной работы № 1........
|
6
|
6. Контрольная работа № 1............................................................................
|
9
|
7. Методические указания к выполнению контрольной работы № 2........
|
15
|
8. Контрольная работа № 2............................................................................
|
23
|
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа предмета «Общая электротехника с основами электроники» предусматривает изучение процессов, происходящих в электрических цепях постоянного и переменного тока; устройств, принципа действия электроизмерительных приборов, электромагнитных аппаратов, электрических машин и их практического применения; устройств и принципа действия электронных, фотоэлектронных и полупроводниковых приборов.
При изучении предмета следует соблюдать единство терминологии и обозначения в соответствии с действующими стандартами, Международной системной единицы (СИ).
Для закрепления и углубления теоретических знаний учащихся программой предусматривается проведение лабораторных, практических занятий.
Лабораторные работы выполняются непосредственно после изучения соответствующей темы. Каждый учащийся должен самостоятельно собрать схему, снять показания приборов и сделать соответствующие выводы.
Тематика лабораторных и практических работ может быть изменена в зависимости от профиля специальностей, наличия лабораторного оборудования.
В результате изучения предмета «Общая электротехника с основами электроники» учащиеся должны знать
:
основные электрические и магнитные явления, лежащие в основе построения электрических машин и аппаратов;
основные законы электротехники (Ома, Джоуля-Ленца, Кирхгофа, Ленца);
единицы электрических величин;
закономерности построения и сборки электрических схем;
правила безопасности труда при эксплуатации электрических установок;
классификацию электроизмерительных приборов, условные обозначения на их шкалах;
основные элементы конструкции и характеристики электроизмерительных приборов, трансформаторов, асинхронных двигателей, схемы электроснабжения потребителей электрической энергией;
устройство и принцип действия основных типов полупроводниковых и фотоэлектронных приборов, их практические применение; краткие сведения о логических элементах и интегральных микросхемах.
должны уметь:
собирать простейшие схемы при последовательном и параллельном соединении элементов;
подбирать по назначению электроизмерительные приборы;
включать в цепь амперметры, вольтметры, производить элементарные расчеты электрических цепей постоянного, однофазного переменного и трехфазного токов;
производить реверс электрических машин;
чертить схемы выпрямителя с фильтром, усилителя;
пользоваться осциллографом.
ЛИТЕРАТУРА
Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. – М., 1983.
Обозначения условные графические в схемах. ГОСТ 2.728-74, 2.747-68, 2.730-732.785-74.
Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. – М., 1976.
Усс Л.В., Красько А.С., Климович Г.С. Общая электротехника с основами электроники. – Мн., 1990.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
Раздел, тема
|
Количество учебных часов
|
на
самостоятельное изучение
|
всего
|
в том числе
|
дневная форма
|
заочная форма
|
установочная сессия
|
обзорная лекция
|
лабораторные и практические
|
Введение
|
2
|
2
|
Раздел 1. Общая электротехника
|
1.1. Электрическое поле
|
2
|
1
|
1
|
1
|
1.2. Электрические цепи постоянного тока
|
10
|
4
|
1
|
1
|
2л
|
6
|
1.3. Электромагнетизм
|
4
|
4
|
1.4. Электрические измерения
|
8
|
3
|
1
|
2л
|
5
|
1.5. Электрические машины постоянного тока
|
6
|
2
|
2
|
4
|
1.6. Однофазные электрические цепи
|
12
|
2
|
2п
|
10
|
1.7. Трехфазные электрические цепи
|
6
|
1
|
1
|
5
|
1.8. Трансформаторы
|
6
|
1
|
1
|
5
|
1.9. Электрические машины переменного тока
|
6
|
1
|
1
|
5
|
1.10. Электропривод и аппаратура управления
|
4
|
1
|
1
|
3
|
1.11. Передача и распределение электрической энергии.
|
2
|
1
|
1
|
1
|
Раздел 2. Основы электротехники
|
2.1. Полупроводниковые приборы
|
12
|
2
|
2
|
10
|
2.2. Фотоэлектронные приборы
|
2
|
1
|
1
|
1
|
2.3. Электронные выпрямители
|
8
|
3
|
1
|
2п
|
5
|
2.4. Электронные усилители
|
2
|
2
|
2л
|
-
|
2.5. Электронные генераторы
|
6
|
2
|
2
|
4
|
2.6. Интегральные схемы микроэлектроники.
|
6
|
1
|
1
|
5
|
Всего
|
104
|
28
|
2
|
16
|
10
|
76
|
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
По электротехнике каждая содержит 2 задачи и теоретические вопросы. Варианты для каждого учащегося – индивидуальные. Номер варианта определения номером в журнале учебной группы.
Задачи и ответы на вопросы, выполненные не по своему варианту, не защитываются и возвращаются учащемуся.
Контрольная работа выполняется в отдельной тетради, желательно в клеточку. Условия задачи и формулировки вопросов переписываются полностью, оставляются поля шириной 25-30мм для замечаний рецензента, а в конце тетради страницу для рецензии. Формулы, расчеты, ответы на вопросы пишутся чернилами, а чертежи, схемы и рисунки делаются карандашом, на графиках и диаграммах указывается масштаб. Решение задач обязательно ведется в Международной системе единиц (СИ). Страницы тетради нумеруются для возможности ссылки на них преподавателя.
Вычисления следует производить с помощью электронного микрокалькулятора. После получения работы с оценкой и замечаниями преподавателя надо исправить отмеченные ошибки, выполнить все его указания и повторить недостаточно усвоенный материал. Если получила неудовлетворительную оценку, то учащийся выполняет ее снова по старому или новому варианту в зависимости от указания рецензента и отправляет на повторную проверку. В случае возникновения затруднений при выполнении контрольной работы учащийся может обратиться в техникум для получения письменной или устной консультации. Лабораторные работы выполняют в период экзаменационно-лабораторной сессии. К этим работам учащиеся допускаются после сдачи всех контрольных работ. По каждой лабораторной работе составляется отчет по установленной форме. Сдача экзаменов разрешается учащимся, получившим положительные оценки по всем контрольным работам и имеющим зачет по лабораторным работам.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ № 1
В контрольную работу входят 11 тем, т.е. весь первый раздел программы. На темы 1.2. и 1.6. предусмотрены задачи, на остальные темы - теоретические вопросы. В таблице 1 указаны варианты и данные к этим задачам, а также номера теоретических вопросов.
Методические указания к решению задачи 1
Решение задачи требует знаний закона Ома для всей цепи и ее участков, законов Кирхгофа, методики определения эквивалентного сопротивления цепи при смешанном соединении резисторов, а также умения вычислять мощность и работу электрического тока. Содержания задач и схемы цепей приведены в условии, а данные к ним — в таблице 1. Перед решением задачи рассмотрите типовой пример 1.
Пример 1.
Для схемы, приведенной на рис. 1, а, определить эквивалентное сопротивление цепи RАВ
и токи в каждом резисторе, а также расход электроэнергии цепью за 8 ч работы.
Решение.
Задача относится к теме «Электрические цепи постоянного тока». Проводим поэтапное решение, предварительно обозначив стрелкой ток в каждом резисторе; индекс тока должен соответствовать номеру резистора, по которому он проходит.
1. Определяем общее сопротивление разветвления RCD
, учитывая, что резисторы R3
и R4
соединены последовательно между собой, а с резистором R5
параллельно: RCD
= (R3
+ R4
) R5
/ (R3
+ R4
+R5
) = (10 + 5)*
10 / (10 + 5 + 10) = 6 Ом (рис. 1,6).
2. Определяем общее сопротивление цепи относительно вводов СЕ. Резисторы и RCD
и R2
включены параллельно, поэтому RСЕ
= RCD
R2
/ /(RCD
+R2
) = 6*
3 / (6+3)=2 Ом (рис. 1, в).
3. Находим эквивалентное сопротивление всей цепи: RАВ
= R1
+ RСЕ
= = 8 + 2 = 10 Ом (рис. 1, г).
4. Определяем токи в резисторах цепи. Так как напряжение UAB
приложено ко всей цепи, а RАВ
= 10 Ом, то согласно закону Ома I1
= UAB
/ RAB
= = 150/10 = 15 А.
Внимание!
Нельзя последнюю формулу писать в виде I1
= UAB
/ R1
, так как UАВ
приложено ко всей цепи, а не к участку R1
.
Для определения тока I1
находим напряжение на резисторе R2
, т. е. UCE
.
Очевидно, UCB
меньше UAB
на потерю напряжения в резисторе R1
, т. е. UСЕ
= = UАВ
– I1
R1
= 150 – 15*
8 = 30 В. Тогда I1
= UCE
/ R2
= 30/3 = 10 А. Так как UCD
= = UCD
, то можно определить токи I3,4
и I5
: I3,4
= UCD
/(R3
+ R4
) = 30/(10 + 5) = 2 А; I5
= UCD
/R5
= 30/10 = 3 А.
На основании первого закона Кирхгофа, записанного для узла С, проверим правильность определения токов:
I1
= I2
+ I3
,4
+ I5
, или 15 = 10 + 2 + 3 = 15 А.
5. Расход энергии цепью за восемь часов работы:
W = Pt = UAB
I1
t = 150*
15*
8 = 18 000 Вт*
ч = 18 кВт*
ч.
Пусть в схеме примера 1 известны сопротивления всех резисторов, а вместо напряжения UAB
задан один из токов, например I2
= 2 А. Найти остальные токи и напряжение UAB
.
Зная I2
, определяем UCE
= I2
R2
= 2-3 = 6 В. Так как UCE
= UCD
, то
I3,4
= UCD
/(R3
+ R4
) = 6/(10 + 5) = 0,4 А;
I5
= UCD
/ R5
= 6/10 = 0,6 А.
На основании первого закона Кирхгофа I1
= I2
+ I3,4
+ I5
= 2 + 0,4 + 0,6 = =3А. Тогда UAB
= UCE
+ I1
R1
= 6 + 3*
8 = 30 В.
При расплавлении предохранителя Пр5
резистор R5
выключается и схема принимает вид, показанный на рис. 1, д. Вычисляем эквивалентное сопротивление схемы: R'AB
= R1
+ (R3
+ R4
)R2
/ (R3
+R4
R2
) = 8 + (10 + 5)*
3 / (10 + 5 + 3) = 10,5 Ом. Так как напряжение UAB
остается неизменным, находим ток I1
= = UAB
/R'AB
= 150/10,5 = 14,28 А. Напряжение UCE
= UAB
– I1
R1
= 150 - 14,28 *
8 = = 35,75 В.
Тогда токи
I2
= UCE
/R2
= 35,75/3 = 11,9 A; I3,4
= UCE
/R3,4
= 35,75/(10 + 5) = 2,38 A.
Сумма этих токов равна току I1
: 11,9 + 2,38 = 14,28 А.
Рис. 1
Методические указания к решению задачи 2
Эта задача относится к неразветвленным и разветвленным цепям переменного тока. Перед ее решением изучите материал темы 1.5, ознакомьтесь с методикой построения векторных диаграмм, изложенной ранее.
Пример 2.
Неразветвленная цепь переменного тока содержит катушку с активным, сопротивлением RK
= 3 Ом и индуктивным XL
= 12 Ом, активное сопротивление R = 5 Ом и конденсатор с сопротивлением xC
= 6 Ом (рис. 2,а). К цепи приложено напряжение U = 100 В (действующее значение). Определить: 1) полное сопротивление цепи; 2) ток; 3) коэффициент мощности; 4) активную, реактивную и полную мощности; 5) напряжение на каждом сопротивлении. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи.
Решение. 1.
Определяем полное сопротивление цепи:
Z = V(RK
+R)2
+(xL
-xC
)2
+ = V(3 + 5)2
+ (12 - б)2
= 10 Ом. 2. Определяем ток цепи
I = U/Z = 100/10 = 10 А.
3. Находим коэффициент мощности цепи. Во избежание потери знака угла (косинус - функция четная) определяем sin φ: sin φ = (xL
- - xC
)/Z = (12 - 6)/10 = 0,6; φ = 36°50'. По таблицам Брадиса определяем коэффициент мощности cos φ = cos 36°50' = 0,8.
4. Определяем активную, реактивную и полную мощности цепи:
Р = U I cosφ = 100-10*
0,8 = 800 Вт или Р = I2
(RK
+ R) = 102
(3+5) =800 Вт;
Q = I2
(xL
-xC
) = 102
(12 - 6) =600 вар или Q=U I sinq>=1000-10-0,6=600 вар;
S = UI = 100*
10 = 1000 B*
А или S = I2
Z = 102
-10 = 1000 В*
А или
S = VP2
+Q2
= V8002
+ 6002
= 1000 В*
А. 5. Определяем падения напряжения на сопротивлениях цепи: URK
=10*
3 = 30 В; UL
= IxL
= 10*
12 = 120 В; UR
= IR
= 10*
5 = 50 В; UC
= IхC
= = 10*
6 = 60 В.
Построение векторной диаграммы начинаем с выбора масштаба для тока и напряжения. Задаемся масштабом по току: в 1 см - 2,0 А и масштабом по напряжению: в 1 см - 20 В. Построение векторной диаграммы (рис. 2, б) начинаем с вектора тока, который откладываем по горизонтали в масштабе 10 А/2 А/см = = 5 см.
Вдоль вектора тока откладываем векторы падений напряжения на активных сопротивлениях URK
и UR
: 30 В/20 В/см = 1,5 см; 50 В/20 В/см = 2,5 см.
Из конца вектора UR
откладываем в сторону опережения вектора тока на 90° вектор падения напряжения UL
на индуктивном сопротивлении длиной 120 В/20 В/см = 6 см. Из конца вектора UL
откладываем в сторону отставания от вектора тока на 90° вектор падения напряжения на конденсаторе Uc длиной 60 В/20 В/см = 3 см. Геометрическая сумма векторов URK
, UR
, UL
, UC
равна полному напряжению, приложенному к цепи.
Рис. 2
№ 1
Задача 1.
Цепь постоянного тока содержит шесть резисторов, соединенных смешанно. Схема цепи и значения резисторов указаны на соответствующем рисунке. Номер рисунка и величина одного из заданных токов или напряжений приведены в таблице 1. Индекс тока или напряжения совпадает с индексом резистора, по которому проходит этот ток или на котором действует указанное напряжение. Например, через резистор R5
проходит ток I5
и на нем действует напряжение U5.
Определить: 1) эквивалентное сопротивление цепи относительно вводов АВ; 2) ток в каждом резисторе; 3) напряжение на каждом резисторе; 4) расход электрической энергии цепью за 10 ч.
Т а б л и ц а 1
Номера
вариантов
|
Номера
рисунков
|
Задаваемая
величина
|
Действие
с резисторами
|
Номера теоретических вопросов
|
замыкается
накоротко
|
выключается из схемы
|
01
|
1
|
J4,5
=6А
|
-
|
R3
|
1,26,40
|
02
|
1
|
U2
=100В
|
R6
|
-
|
3,18,42
|
03
|
1
|
J2
=10А
|
-
|
R4
|
7,29,38
|
04
|
1
|
U3
=40В
|
R5
|
-
|
5,20,44
|
05
|
1
|
U1
=100В
|
-
|
R2
|
6,19,45
|
06
|
1
|
UАВ
=200В
|
R3
|
-
|
8,17,30
|
07
|
2
|
UАВ
=30В
|
-
|
R6
|
9,16,32
|
08
|
2
|
J1
=1,08А
|
R4
|
-
|
10,21,33
|
09
|
2
|
U1
=10,8В
|
-
|
R1
|
11,22,34
|
10
|
2
|
J2
=0,72А
|
R5
|
-
|
12,23,43
|
11
|
2
|
J3
=1,8А
|
-
|
R2
|
13,29,44
|
12
|
2
|
U4
=12В
|
R3
|
-
|
14,35,45
|
13
|
3
|
UАВ
=60В
|
-
|
R2
|
15,36,46
|
14
|
3
|
J2
=6А
|
R1
|
-
|
16,26,37
|
15
|
3
|
U1
=36В
|
-
|
R4
|
2,20,43
|
16
|
3
|
J3,4
=2,16А
|
R2
|
-
|
7,23,46
|
17
|
3
|
U5
=14,4В
|
-
|
R3
|
1,26,40
|
18
|
3
|
J1
=2,4А
|
R3
|
-
|
3,18,42
|
19
|
4
|
J1,2
=3,6А
|
-
|
R6
|
7,29,38
|
20
|
4
|
U5
=21,6В
|
R1
|
-
|
5,20,44
|
21
|
4
|
J3
=10,8А
|
-
|
R5
|
6,19,45
|
22
|
4
|
U6
=108В
|
R4
|
-
|
8,17,30
|
23
|
4
|
J5
=7,2А
|
-
|
R3
|
9,16,32
|
24
|
4
|
U4
=72В
|
R2
|
-
|
10,21,33
|
25
|
5
|
J1
=8А
|
-
|
R2
|
11,22,34
|
26
|
5
|
U6
=48В
|
R1
|
-
|
4,30,46
|
27
|
5
|
J3
=3,2А
|
-
|
R3
|
7,23,43
|
28
|
5
|
U1
=32В
|
R2
|
-
|
9,21,46
|
29
|
5
|
UАВ
=80В
|
-
|
R4
|
13,20,45
|
30
|
5
|
J6
=4,8А
|
R3
|
-
|
16,22,38
|
Рис. 5
Задача 2.
Неразветвленная цепь переменного тока, показанная на соответствующем рисунке, содержит активные и реактивные сопротивления, величины которых заданы в таблице № 2. Кроме того, известна одна из дополнительных величин (U, I, P, Q, S). Определить следующие величины, если они не заданы в таблице вариантов: 1) полное сопротивление цепи Z; 2) напряжение U, приложенное к цепи; 3) силу тока в цепи; 4) угол сдвига фаз φ (величину и знак); 5) активную Р, реактивную Q, и полную S мощности, потребляемые цепью. Начертить в масштабе векторную диаграмму цепи и пояснить ее построение. С помощью логических рассуждений пояснить, как изменится ток в цепи и угол сдвига фаз, если частоту тока увеличить вдвое. Напряжение, приложенное к цепи, считать неизменным.
Таблица 2
Номер варианта
|
Номер
рисунка
|
R1
,
Ом
|
R2,
Ом
|
XL
1
,
Ом
|
XL
2
,
Ом
|
XC
1
,
Ом
|
XC
2
, Ом
|
Дополнительная
величина
|
01
|
6
|
8
|
4
|
18
|
-
|
2
|
-
|
J = 10 А
|
02
|
6
|
10
|
20
|
50
|
-
|
10
|
-
|
P = 120Вт
|
03
|
6
|
3
|
1
|
5
|
-
|
2
|
-
|
P2 = 100Вт
|
04
|
7
|
6
|
-
|
2
|
10
|
4
|
-
|
U = 40 В
|
05
|
7
|
4
|
-
|
6
|
2
|
5
|
-
|
P = 16Вт
|
06
|
7
|
16
|
-
|
15
|
5
|
8
|
-
|
QL
1
= 135вар
|
07
|
8
|
4
|
-
|
6
|
-
|
4
|
5
|
P = 100Вт
|
08
|
8
|
8
|
-
|
6
|
-
|
8
|
4
|
UC
2
= 40 В
|
09
|
8
|
80
|
-
|
100
|
-
|
25
|
15
|
J = 1А
|
10
|
9
|
10
|
14
|
18
|
-
|
20
|
30
|
UR
2
= 28 В
|
11
|
9
|
6
|
2
|
10
|
-
|
1
|
3
|
P = 200Вт
|
12
|
9
|
40
|
20
|
20
|
-
|
80
|
20
|
QC
1
= -320вар
|
13
|
10
|
12
|
-
|
10
|
4
|
20
|
10
|
Q = - 64вар
|
14
|
10
|
32
|
-
|
20
|
20
|
6
|
10
|
J = 4А
|
15
|
10
|
32
|
-
|
25
|
15
|
8
|
8
|
UL
1
= 125В
|
16
|
11
|
4
|
2
|
5
|
6
|
3
|
-
|
J = 5А
|
17
|
11
|
8
|
4
|
10
|
15
|
9
|
-
|
J = 10А
|
18
|
11
|
4
|
8
|
10
|
15
|
9
|
-
|
Q = 1600вар
|
19
|
12
|
8
|
-
|
12
|
-
|
-
|
6
|
P = 72Вт
|
20
|
12
|
4
|
-
|
15
|
-
|
-
|
12
|
U = 30В
|
21
|
12
|
8
|
-
|
6
|
-
|
-
|
12
|
Q = - 48вар
|
22
|
13
|
2
|
6
|
-
|
10
|
4
|
-
|
U = 20В
|
23
|
13
|
6
|
10
|
-
|
8
|
20
|
-
|
Q = - 192вар
|
24
|
13
|
10
|
6
|
-
|
20
|
8
|
-
|
Y = 4А
|
25
|
14
|
3
|
-
|
-
|
-
|
1
|
3
|
J = 6А
|
26
|
14
|
16
|
-
|
-
|
-
|
8
|
4
|
P = 64Вт
|
27
|
14
|
4
|
-
|
-
|
-
|
2
|
1
|
Q = - 48вар
|
28
|
15
|
24
|
-
|
8
|
-
|
125
|
15
|
P = 24Вт
|
29
|
15
|
4
|
-
|
10
|
-
|
3
|
4
|
P = 64Вт
|
30
|
15
|
8
|
-
|
12
|
-
|
4
|
2
|
U = 80В
|
Рис. 8 Рис. 9
Рис. 10 Рис. 11
Рис. 12 Рис. 13
Рис. 14 Рис. 15
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ
к контрольной работе №1
1. Основные характеристики электрического поля: напряженность электрического поля, электрическое напряжение.
2. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.
3. Краткие сведения о различных электроизоляционных материалах и их практическое использование.
4. Электрическая емкость. Конденсаторы. Соединения конденсаторов.
5. Общие сведения об электрических цепях.
Электрический ток: разновидности, направление, величина и плотность.
6. Электрическая проводимость и сопротивление проводников.
7. Законы Ома.
8. Проводниковые материалы: основные характеристики, материалы с малым удельным сопротивлением, сверхпроводники, материалы с большим удельным сопротивлением.
9. Основные элементы электрических цепей постоянного тока. Режимы электрических цепей.
10. Источники и приемники электрической энергии, их мощность и КПД.
11. Законы Кирхгофа.
12. Нелинейные электрические цепи постоянного тока.
13. Основные свойства и характеристики магнитного поля.
14. Индуктивность: собственная, катушки, взаимная. Коэффициент магнитной связи.
15. Электромагнитные силы.
16. Магнитные свойства вещества.
17. Электромагнитная индукция.
18. Принципы преобразования механической энергии в электрическую и электрическую энергию в механическую.
19. Общие сведения об электрических измерениях и электроизмерительных приборах. Классификация электроизмерительных приборов.
20. Измерение тока. Приборы, погрешности, расширение пределов измерения амперметров.
21. Измерение напряжения. Приборы, погрешности, расширение пределов измерения вольтметрами.
22. Измерение электрического сопротивления. Косвенные и прямые измерения.
23. Переменный ток: определения, получение. Характеристики.
24. Векторная диаграмма и ее обоснование. Элементы и параметры электрических цепей переменного тока.
25. Трехфазная система электрических цепей трехфазная цепь.
26. Соединение обмоток генератора. Фазные и линейные напряжения, соотношения между ними.
27. Соединение потребителей, применение этих соединений.
28. Назначение трансформаторов. Классификация, конструкция.
29. Принцип действия и устройство трансформатора. Режимы работы.
30. Типы трансформаторов и их применение: трехфазные, многообмоточные, сварочные, измерительные, автотрансформаторы.
31. Назначение машин переменного тока и их классификация. Устройство машин переменного тока.
32. Пуск и регулировка частоты вращения двигателей переменного тока.
33. Однофазный электродвигатель.
34. Устройство и принцип действия машины постоянного тока.
35. Генераторы постоянного тока.
36. Электродвигатели постоянного тока.
37. Понятие об электроприводе. Классификация.
38. Выбор электродвигателей по техническим характеристикам.
39. Нагрев и охлаждение электродвигателей. Режимы работы электродвигателей.
40. Схемы управления электродвигателей: общие сведения, магнитные пускатели, релейно-контактная аппаратура
41. Схемы электроснабжения потребителей электрической энергии, общая схема электроснабжения, понятие об энергетической системе и электрической системе.
42. Простейшие схемы электроснабжения промышленных предприятий, схемы осветительных электросетей.
43. Элементы устройства электрических сетей: воздушные линии, кабельные линии, электропроводки, трансформаторные подстанции.
44. Выбор проводов и кабелей.
45. Эксплуатация электрических установок: компенсация реактивной мощности, экономия электроэнергии.
46. Защитное заземление, защита от статического электричества.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ № 2
Контрольная работа 2 содержит два вопроса по теории и три задачи: на расчет выпрямителей, на двоичную систему счисления и на определение параметров транзисторов по их характеристикам.
Прежде чем приступить к решению задач контрольной работы, следует изучить методические указания к решению задач данной темы. В методических указаниях даются разъяснения, как следует отвечать на данный вопрос, разбираются типовые примеры с пояснением хода решения, что позволяет учащимся составить правильный план при индивидуальном выполнении контрольной работы.
Указания к ответу на теоретический вопрос.
Для правильного и качественного ответа следует изучить соответствующий материал из рекомендованной литературы. Ответ на вопрос должен быть конкретным с пояснением физической сущности работы того или иного устройства. При описании прибора или устройства следует обязательно пояснить свой ответ электрическими схемами, графиками и рисунками.
Во многих вопросах требуется сравнить различные электронные приборы с точки зрения особенностей их работы, отметить преимущества и недостатки, рассказать о применении. Так, при сравнении электровакуумных ламп и полупроводников следует отметить такие преимущества полупроводниковых приборов, как малые габаритные размеры, массу, механическую прочность, мгновенность действия (т. е. отсутствие накаливаемого катода), малую потребляемую мощность, большой срок службы и т.п. Наряду с этим надо указать их недостатки: зависимость параметров полупроводников от температуры окружающей среды и нестабильность характеристик (разброс параметров).
Указания к решению задачи 1
Задача I относится к расчету выпрямителей переменного тока, собранных на полупроводниковых диодах. Подобные схемы широко применяются в различных электронных устройствах и приборах. При решении задач следует помнить, что основными параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток Iдоп, на который рассчитан данный диод, и обратное напряжение Uобр, выдерживаемое диодом без пробоя в непроводящий период.
Обычно при составлении реальной схемы выпрямителя задаются значением мощности потребителя Ро, Вт, получающего питание от данного выпрямителя, и выпрямленным напряжением Uо, В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсюда нетрудно определить ток потребителя Iо = Pо/Uо. Сравнивая ток потребителя с допустимым током диода Iдоп, выбирают диоды для схем выпрямителя. Следует учесть, что для однополупериодного выпрямителя ток через диод равен току потребителя, т.е. надо соблюдать условие Iдоп ≥ Iо. Для двухполупериодной и мостовой схем выпрямления тока через диод равен половине тока потребителя, т.е. следует соблюдать условие Iдоп ≥ 0.5Iо. Для трехфазного выпрямителя ток через диод составляет треть
тока потребителя, следовательно, необходимо, чтобы Iдоп ≥
I0
Напряжением, действующее на диод в непроводящий период Ub, также зависит от той схемы выпрямления, которая применяется в конкретном случае. Так, для однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя Ub = πUо = = 3.14 Uо, для мостового выпрямителя Ub = 2π Uо /2 = 1.57 Uо, а для трехфазного выпрямителя Ub = 2.1 Uо. При выборе диода, следовательно, должно соблюдаться условие Uобр ≥ Ub.
Рассмотрим примеры на составление схем выпрямителей.
Пример 1.
Составить схему мостового выпрямителя, использовав один из четырех диодов: Д218, Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Ро = 300В, напряжение потребителя Uо = 200В.
Р е ш е н и е
. 1. Выписываем из табл.2.8 параметры указанных диодов и записываем их в таблицу.
Типы диодов
|
Iдоп,. А
|
Uобр, В
|
Типы диодов
|
Iдоп, А
|
Uобр, В
|
Д218
|
0.1
|
1000
|
КД202Н
|
1
|
500
|
Д222
|
0.4
|
600
|
Д215Б
|
2
|
200
|
2. Определяем ток потребителя Iо = Pо/ Uо = 300/200 = 1.5 A.
3. Находим напряжение, действующее на диод в непроводящий период для мостовой схемы выпрямителя, Ub = 1.57 Uo = 1.57 * 200 = 314В.
4. Выбираем диод из условия Iдоп > 0.5Iо > 0.5 * 1.5 > 0.75 А, Uобр > UВ ≥ 314 В. Эти условиям удовлетворяет диод КД202Н: Iдоп = 1.0 > 0.75А; Uобр = 500 > 314В.
Диоды Д218 и Д222 удовлетворяют напряжению (1000 и 600 больше 314В), но не подходят по допустимому току (0.1 и 0.4 меньше 0.75А). Диод 215Б, наоборот, подходит по допустимому току ( 2 > 0.75А), но не подходит по обратному напряжению (200 < 314В).
5. Составляем схему мостового выпрямителя (рис 21). В этой схеме каждый из диодов имеет параметры диода КД202Н; Iдоп = 1А; Uобр = 500В.
рис.2.1 рис.2.2
Пример 2.
Для питания постоянным током потребителя мощностью Ро = =250Вт при напряжении Uо = 100В необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды типа Д243Б.
Р е ш е н и е
. 1. Выписываем из таблицы 2.8 параметры диода Iдоп = 2А; Uобр = 200В.
2. Определяем ток потребителя:
Iо = Pо/ Uо = 250/100 = 2.5 A.
3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период:
UВ = 3.14 Uо = 3.14 * 100 = 314 B.
4. Проверяем диод по параметрам Iдоп и Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям Uобр ≥ UВ и Iдоп > 0.5 Iо. В данном случае первое условие не соблюдается (200< 314), т.е. Uобр < UВ; второе выполняется
(0.51 Iо = 0.5 * 2.5 = 1.25 < 2 A).
5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие Uобр > UВ, необходимо два диода соединить последовательно, тогда Uобр = 200 * 2 = = 400 > 314В. Полная схема рис. 22.
Пример 3.
Для питания постоянным током потребителя мощностью Ро = 20В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, использовав имеющиеся стандартные диоды Д242А.
Р е ш е н и е.
1. Выписываем из таблицы 2.8 параметры диода: Iдоп = 10А, Uобр = 100В.
2. Определяем ток потребителя Iо = Pо/ Uо = 300/200 = 15 A.
3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период: Ub = 3.14 Uo = 3.14 * 20 = 63В.
4. Проверяем диод по параметра Iдоп и Uобр. Для данной схемы диод должен удовлетворять условиям Uобр > Ub, Iдоп > Iо. В данном случае второе условие не соблюдается ( 10 < 15А, т.е Iдоп < Iо). Первое условие выполняется (100 > 63В).
5. Составляем схему выпрямителя. Чтобы выполнялось условие Iдоп > Iо, надо два диода соединить параллельно, тогда Iдоп = 2 * 10 = 20А; 20 > 15А. Полная схема выпрямителя приведена на рис. 23.
Пример 4
. Для составления схемы трехфазного выпрямителя на трех диодах заданы диоды Д243. Выпрямитель должен питать потребитель с Uо = = 150В. Определить допустимую мощность потребителя и пояснить составления схемы выпрямителя.
Р е ш е н и е.
1. Выписываем из таблицы 2.8 параметры диода: Iдоп = 5А, Uобр = 200В.
2. Определяем допустимую мощность потребителя. Для трехфазного выпрямителя Iдоп > 1
Iо, т.е. Ро = 3Uо Iдоп 3 * 150 * 5 = 2250 Вт.
3
Следовательно, для данного выпрямителя Ро ≥ 2250 Вт.
3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период:
Ub = 2.1 Uo = 2.1 * 150 = 315В.
4. Составляем схему выпрямителя. Проверяем диод по условию. В данном случае это условие не выполняется (200 < 315В). Чтобы это условие выполнялось, необходимо в каждом плече выпрямителя два диода соединить последовательно, тогда Uобр = 200 * 2 = 400В; 400 > 315В. Полная схема выпрямителя приведена рис. 24.
Указания к решению задачи 2.
В этой задаче необходимо выполнить арифметические операции с двоичными числами, которые используются при работе ЭЦВМ. Характерной особенностью двоичной системы счисления является то, что арифметические действия в ней очень просты.
При сложении двоичных чисел пользуются следующим правилом:
0 + 0 = 0; 1 + 0 = 1
0 + 1 = 1; 1 + 1 = 10 (два).
рис. 2.3 рис. 2.4
При сложении необходимо учитывать, что 1 + 1 дают нуль в данном разряде и единицу переноса в следующий разряд.
Пример 1.
Сложить в двоичной системе числа 38 и 28.
1. Переводим данные числа в двоичную систему. Для перевода чисел из одной системы счисления в другую пользуются следующим правилом. Чтобы перевести число из одной системы счисления в другую, необходимо последовательно делить это число на основание новой системы до тех пор, пока не получится частное, меньшее делителя. Число в новой системе следует записывать в виде остатков деления, начиная с последнего, т.е. справа налево. Последнее частное дает старшую цифру числа в новой системе счисления. Напомним, что основание двоичной системы –2, десятичной –10.
2. Выполняем операцию сложения
100110 38
+ 11100 + 28
---------- ------
1000010 66
3. Проверяем решение
1000010 = 1 * 26
+ 0 * 25
+ 0 * 24
+ 0 * 23
+ 0 * 22
+ 0 * 21
+ 0 * 20
= 66.
Приводим правила вычитания двоичных чисел:
0 – 0 = 0; 1 – 1 = 0
1 - 0 = 1; 10 – 1 = 1.
При вычитании многоразрядных двоичных чисел может возникнуть необходимость заема единицы в ближайшем старшем разряде, что дает две единицы младшего разряда. Если в соседних старших разрядах стоят нули, то приходится занимать единицу через несколько разрядов. При этом единица, занятая в ближайшем значащем старшем разряде, дает две единицы в младшем разряде и единицы во всех нулевых разрядах, стоящих между младшим и тем старшим разрядом, у которого брали заем.
Например:
10010 (18)
- 101 (5)
----------------
1101 (13)
Проверяем решение:
1101 = 1 * 23
+ 1 * 22
+ 0 * 21
+ 1 * 20
= 1 * 8 + 1 * 4 + 0 * 2 + 1 * 1 = 13.
Приводим правила умножения двоичных чисел:
0 * 0 = 0; 1 * 0 = 0
0 * 1 = 0; 1 * 1 = 1.
Умножение двоичных чисел производят по тем же правилам, что и для десятичных чисел. При этом используют таблицу умножения и сложения. Умножение многоразрядных двоичных чисел сводится к умножению множимого на каждый разряд множителя, последующему сдвигу множимого или множителя и суммированию получающихся частичных произведений.
Например,
11011 (27)
* 101 (5)
-------------------
11011
+ 11011
-------------------
1000011 (135)
Проверяем решение:
10000111 = 1 * 27
+ 0 * 26
+ 0 * 25
+ 0 * 24
+ 0 * 23
+ 1 * 22
* 1 * 21
+ 1 * 20
=
= 1 * 128 + 0 * 64 + 0 * 32 + 0 * 16 + 0 * 8 + 1 * 4 + 1* 2 + 1 * 1 = 135
При делении двоичных чисел используются таблицу умножения и вычитания. Правила деления аналогичны делению в десятичной системе и сводятся к выполнению умножений, вычитаний и сдвигов.
Например, разделить 117 на 9;
1110101 1001
-1001
1101
1011
-1001
1001
-1001
117 9
- 9 13
-----
27
27
Проверяем решение:
1101 = 1 * 23
+ 1 * 22
+ 0 * 21
+ 1 * 20
содержание ..
709
710
711 ..
|